SKRIPSI
KONTRIBUSI BEBAN INDUSTRI TERHADAP HARMONISA DI JARINGAN DISTRIBUSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi
Teknik Energi Listrik Oleh:
FEBRIANT LEOCESIO NIM: 130402098
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2018
ABSTRAK
Kualitas daya listrik yang memenuhi persyaratan sangat diperlukan dalam pengoperasian peralatan-peralatan listrik. Salah satu gangguan kualitas daya listrik adalah harmonisa, dimana harmonisa dapat menyebabkan gangguan dan kerusakan pada peralatan-peralatan listrik. Fasilitas industri modern saat ini banyak menggunakan peralatan beban nonlinear yang merupakan sumber harmonisa, sehingga perlu dilakukan evaluasi harmonisa yang ada pada jaringannya. Pada skripsi ini dibahas mengenai kontribusi beban-beban industri, seperti adjustable speed drive (ASD) dan electric arc furnace (EAF), terhadap harmonisa di jaringan distribusi, kemudian indeks harmonisa yang diperoleh dari simulasi dievaluasi sesuai standar IEEE Std 519-2014. Penelitian ini memodelkan beban ASD dan beban EAF yang terhubung pada jaringan PT. INALUM dengan menggunakan software ETAP 16.0.0. Beban yang dimodelkan terdiri dari 6-pulse ASD, 12-pulse ASD, 18-pulse ASD dan EAF. Dari hasil simulasi dapat diketahui bahwa kontribusi harmonisa beban-beban ASD di jaringan tidak signifikan dikarenakan kapasitas beban EAF yang jauh lebih besar dibanding beban ASD yang terhubung pada jaringan. Oleh karena itu, harmonisa yang terkandung pada Main Bus didominasi komposisi harmonisa yang dihasilkan oleh EAF. Terkandung THDV sebesar 7.28%
dimana nilai ini melebihi nilai batasan THDV yaitu 1.5% dan THDI sebesar 5.68%
dimana nilai ini melebihi nilai batasan THDI yaitu 1.5%.
Kata Kunci : Harmonisa, beban nonlinear, adjustable speed drive, electric arc furnace.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan kasih-Nya skripsi ini dapat disusun dan diselesaikan. Skripsi ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi ini sebagai berikut:
“KONTRIBUSI BEBAN INDUSTRI TERHADAP HARMONISA DI JARINGAN DISTRIBUSI”.
Skripsi ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua tercinta, Dalyatno Partoharjono dan Leonora Tutuarima, yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, serta kakak, adik, dan keponakan penulis, Delvi Leonard, Crystal Natalia, Bondan Rahmanda, Erlando Nathanael, dan Anjanique C. Rahmanda. Tak lupa juga ucapan terima kasih untuk keluarga Sei Asahan, Tante Silviana Tutuarima, Bang Wicky Tutuarima, Kak Wage Yanti, Noah, dan Marks yang telah memfasilitasi dan mendukung keseharian penulis selama penulis berkuliah, serta seluruh keluarga besar penulis yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis selama masa studi hingga menyelesaikan skripsi ini.
Penyelesaian skripsi ini tidak lepas dari berbagai kesulitan, namun atas bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, akhirnya skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik dan tepat waktu. Selama masa perkuliahan hingga penyelesaian skripsi
ini, penulis juga banyak mendapat bantuan, dukungan, dan masukan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Fahmi, ST., M.Sc., IPM., selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Surya Hardi, MS, PhD, selaku Dosen Pembimbing Skripsi yang telah banyak meluangkan waktu dan memberikan banyak masukan serta memberi bimbingan dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., dan Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT, selaku Dosen Pembanding skripsi yang telah banyak memberikan masukan dan arahan dalam penyempurnaan penulisan skripsi ini.
4. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S, selaku Dosen Wali Penulis yang telah banyak memberikan bimbingan selama masa perkuliahan.
5. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen yang telah mendidik dan memberikan pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan.
6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam urusan administrasi.
7. Bapak Manager (Khaldun M. Badra), Bapak Asisten Manager (Nasrun Nasution) dan seluruh staff yang ada di PT. INALUM (persero) Kuala Tanjun.
8. Abanganda Makruf Abdul Hamid selaku mentor saya selama pengambilan data di PT. INALUM (persero) Kuala Tanjung.
9. Keluarga Pak Sugiapto MS yang memberikan fasilitas kepada saya selama pengambilan data di PT. INALUM (persero) Kuala Tanjung.
10. Teman-teman Teknik Elektro stambuk 2013 yang senantiasa menemani penulis selama masa perkuliahan.
11. Para Kawan seperjuangan yang selalu menemani pada masa perkuliahan dan selalu memberi semangat pada penulis : Jekson, Fredno, Xander, Kepin, Basado, Rondam, Kibo, Moses, Kiel, Cs, Ade, Adi, Andi, Agus, Avoca, Bahtra, Frido, Gerico, Jul, Martin, Perry, Ramot, Ribel, Ando, RJ, Basti, Tubung, Devis, Erikson, Johaness, John, Later, Saor, Basti, Yoshua, Sidiq.
12. Teman seperjuangan dalam pengambilan data skripsi, Jackson Lokinanta.
13. Teman-teman Tim Mobil Listrik Asatama USU angkatan 2013, Alex, Xander, Jackson, Ade, Frido, Adi, Johannes, Van Basti, Harry, Sarimanna dan Salim, serta alumni 2012 dan adik-adik penerus.
14. Seluruh Abang / Kakak senior dan Adik junior Teknik Elektro USU
15. Teristimewa keluarga yang selalu mendoakan penulis dan membantu penulis.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini belum sempurna dan masih banyak memiliki kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Untuk itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca. Penulis berharap agar penulisan skripsi ini dapat berguna bagi masyarakat. Akhir kata penulis ucapkan terima kasih.
Medan, Februari 2018 Penulis,
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan ... 3
1.4 Batasan Masalah ... 4
1.5 Manfaat ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Harmonisa... 5
2.2 Sumber – Sumber Harmonisa ... 7
2.2.1 Konverter daya tiga fasa... 8
2.2.2 Arcing devices ... 10
2.2.3 Saturable devices ... 11
2.3 Urutan Phasa Harmonisa ... 12
2.4 Pengaruh Harmonisa Pada Sistem Distribusi ... 13
2.5 Batasan Nilai Harmonisa Menurut Standar IEEE ... 14
2.6 Perhitungan Harmonisa ... 16
2.7 Electric Transient Analysis Program ... 19
BAB III METODE PENELITIAN ... 22
3.1 Tempat dan Waktu ... 22
3.2 Data dan Peralatan yang Diperlukan ... 22
3.3 Pelaksanaan Penelitian ... 23
3.4 Variabel yang Diamati dan Disimulasikan ... 23
3.5 Prosedur Penelitian ... 24
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 31
4.1 Hasil Simulasi Aliran Daya Pada Sistem Dengan Menggunakan ETAP 31 4.2 Hasil Simulasi Harmonisa Pada Sistem Dengan Menggunakan ETAP . 33 4.2.1 Simulasi harmonisa beban adjustable speed drive... 33
4.2.2 Simulasi harmonisa beban electric arc furnace ... 46
4.2.3 Simulasi harmonisa pada Main Bus ... 56
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 63
5.1 Kesimpulan ... 63
1.2 Saran ... 64
DAFTAR PUSTAKA ... 65
LAMPIRAN ... 68
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Gelombang Sinus Arus dan Tegangan. ... 5
Gambar 2.2 Gelombang terdistorsi, fundamental, harmonisa ketiga. ... 7
Gambar 2.3 Diagram skematik 6-pulse ASD [6] ... 8
Gambar 2.4 Diagram skematik 12-pulse ASD [6] ... 9
Gambar 2.5 Diagram skematik 18-pulse ASD [6] ... 9
Gambar 2.6 Harmonisa pada 6-pulse dan 12-pulse ASD [8] ... 10
Gambar 2.7 Electric arc furnace yang tersambung ke sistem [9] ... 11
Gambar 2.8 Arus transformator yang terdistorsi saat kondisi saturasi [5] ... 11
Gambar 2.9 Toolbar analisis harmonik pada ETAP ... 20
Gambar 2.10 Data Adustable Speed Drive yang diperlukan ... 20
Gambar 2.11 Data Electric Arc Furnace yang diperlukan ... 21
Gambar 2.12 Harmonic Library ... 21
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 24
Gambar 3.2 Gambar Sistem Kelistrikan Jaringan INALUM ... 25
Gambar 3.3 Rangkaian yang Memuat Beban ASD ... 26
Gambar 4.1 Spektrum Harmonisa Tegangan Pada Bus 308 ... 35
Gambar 4.2 Distorsi Gelombang Tegangan Pada Bus 308 ... 36
Gambar 4.3 Spektrum Harmonisa Arus Pada Bus 308 ... 37
Gambar 4.4 Distorsi Gelombang Arus Pada Bus 308 ... 37
Gambar 4.5 Spektrum Harmonisa Tegangan Pada Bus 309 ... 39
Gambar 4.6 Distorsi Gelombang Tegangan Pada Bus 309 ... 40
Gambar 4.7 Spektrum Harmonisa Arus Pada Bus 309 ... 41
Gambar 4.8 Distorsi Gelombang Arus Pada Bus 309 ... 41
Gambar 4.9 Spektrum Harmonisa Tegangan Pada Bus 310 ... 43
Gambar 4.10 Distorsi Gelombang Tegangan Pada Bus 310 ... 44
Gambar 4.11 Spektrum Harmonisa Arus Pada Bus 310 ... 45
Gambar 4.12 Distorsi Gelombang Arus Pada Bus 310 ... 45
Gambar 4.13 Spektrum Harmonisa Tegangan Pada Bus 24 ... 48
Gambar 4.14 Distorsi Gelombang Tegangan Pada Bus 24 ... 48
Gambar 4.15 Spektrum Harmonisa Arus Pada Bus 24 ... 49
Gambar 4.16 Distorsi Gelombang Arus Pada Bus 24 ... 50
Gambar 4.17 Spektrum Harmonisa Tegangan Pada Bus 25 ... 51
Gambar 4.18 Distorsi Gelombang Tegangan Pada Bus 25 ... 51
Gambar 4.19 Spektrum Harmonisa Arus Pada Bus 25 ... 52
Gambar 4.20 Distorsi Gelombang Arus Pada Bus 25 ... 52
Gambar 4.21 Spektrum Harmonisa Tegangan Pada Bus 26 ... 53
Gambar 4.22 Distorsi Gelombang Tegangan Pada Bus 26 ... 54
Gambar 4.23 Spektrum Harmonisa Arus Pada Bus 26 ... 55
Gambar 4.24 Distorsi Gelombang Arus Pada Bus 26 ... 55
Gambar 4.25 Gambar Spektrum Harmonisa Tegangan Pada Main Bus ... 57
Gambar 4.26 Distorsi Gelombang Tegangan Pada Main Bus ... 57
Gambar 4.27 Spektrum Harmonisa Arus Pada Main Bus... 58
Gambar 4.28 Distorsi Gelombang Arus Pada Main Bus ... 58
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Urutan Phasa Harmonisa [10] ... 12
Tabel 2.2 Urutan Rotasi Menurut Orde Harmonisa [10] ... 13
Tabel 2.3 Batasan Harmonisa Tegangan [11] ... 14
Tabel 2.4 Batasan Harmonisa Arus [11] ... 15
Tabel 3.1 Data Spesifikasi Power Grid ... 26
Tabel 3.2 Data Spesifiksi Transformator ... 27
Tabel 3.3 Data Spesifikasi Beban ASD ... 28
Tabel 3.4 Data Spesifikasi Beban EAF ... 29
Tabel 3.5 Data Spesfikasi Motor ... 30
Tabel 4.1 Hasil Simulasi Aliran Daya... 31
Tabel 4.2 Hasil Simulasi Harmonisa Beban 6-pulse ASD Secara Individual... 34
Tabel 4.3 Hasil Simulasi Harmonisa Tegangan 6-pulse ASD Pada Bus 308 ... 35
Tabel 4.4 Hasil Simulasi Harmonisa Arus 6-pulse ASD Pada Bus 308 ... 36
Tabel 4.5 Hasil Simulasi Harmonisa Beban 12-pulse ASD Secara Individual.... 38
Tabel 4.6 Hasil Simulasi Harmonisa Tegangan 12-pulse ASD Pada Bus 309 .... 39
Tabel 4.7 Hasil Simulasi Harmonisa Arus 12-pulse ASD Pada Bus 309 ... 40
Tabel 4.8 Hasil Simulasi Harmonisa Beban 18-pulse ASD Secara Individual... 42
Tabel 4.9 Hasil Simulasi Harmonisa Tegangan 18-pulse ASD Pada Bus 310 ... 43
Tabel 4.10 Hasil Simulasi Harmonisa Arus 18-pulse ASD Pada Bus 310 ... 44
Tabel 4.11 Hasil Simulasi Harmonisa Kelompok Beban ASD... 45 Tabel 4.12 Hasil Simulasi Harmonisa Beban EAF Pada Bus 24 Secara Individual . 47
Tabel 4.13 Hasil Simulasi Harmonisa Tegangan EAF Pada Bus 24 ... 47
Tabel 4.14 Hasil Simulasi Harmonisa Arus EAF Pada Bus 24 ... 49
Tabel 4.15 Hasil Simulasi Harmonisa Tegangan EAF Pada Bus 25 ... 50
Tabel 4.16 Hasil Simulasi Harmonisa Arus EAF Pada Bus 25 ... 51
Tabel 4.17 Hasil Simulasi Harmonisa Tegangan EAF Pada Bus 26 ... 53
Tabel 4.18 Hasil Simulasi Harmonisa Arus EAF Pada Bus 26 ... 54
Tabel 4.19 Hasil Simulasi Harmonisa Kelompok Beban EAF ... 55
Tabel 4.20 Hasil Simulasi Harmonisa Tegangan Pada Main Bus ... 56
Tabel 4.21 Hasil Simulasi Harmonisa Arus Pada Main Bus ... 57
Tabel 4.22 Hasil Simulasi dan Analisis Harmonisa Tegangan ... 59
Tabel 4.23 Hasil Simulasi dan Analisis Harmonisa Arus ... 61
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kualitas daya listrik merupakan suatu konsep yang memberikan gambaran tentang baik atau buruknya mutu daya listrik akibat adanya gangguan yang terjadi pada sistem kelistrikan. Kualitas daya listrik merupakan salah satu syarat yang perlu dipenuhi agar peralatan-peralatan listrik dapat berfungsi dengan baik. Salah satu gangguan yang muncul apabila persyaratan kualitas daya listrik tidak dipenuhi adalah harmonisa, dimana harmonisa dapat menyebabkan gangguan atau kerusakan pada peralatan-peralatan listrik [1].
Dengan alasan efisiensi, fasilitas industri modern saat ini banyak menerapkan beban nonlinear. Beban nonlinear dihasilkan dari peralatan elektronika daya seperti konverter, peralatan yang menimbulkan busur api (arcing devices) seperti arc furnaces (tanur busur listrik) dan mesin las, dan peralatan dengan saturasi inti ferromagnetik seperti transformator dan mesin listrik. Beban-beban nonlinear inilah yang menghasilkan gelombang keluaran terdistorsi yang menyebabkan munculnya harmonisa [1].
Munculnya harmonisa pada sistem dapat menyebabkan dampak negatif pada peralatan-peralatan yang terpasang pada sistem. Efek dari harmonisa yang timbul antara lain adalah peralatan-peralatan listrik menjadi cepat panas akibat menerima frekuensi yang lebih tinggi yang dari seharusnya. Selain itu, harmonisa juga menyebabkan faktor daya sistem menjadi lebih rendah, arus netral meningkat,
rugi-rugi daya sistem bertambah, kesalahan pada alat pengukuran, rele proteksi tidak bekerja sesuai pengaturan, dan lain sebagainya. Harmonisa dapat menggangu operasional industri dan menyebabkan berbagai kerugian. Sehingga, pada skripsi ini dilakukan penelitian mengenai seberapa besar pengaruh beban-beban industri yang terpasang pada jaringan terhadap harmonisa yang dihasilkan pada jaringan distribusi.
Penelitian yang sebelumnya pernah dilakukan, beberapa diantaranya seperti penelitian yang di lakukan oleh Surya Hardi et al. yang meneliti tentang pengaruh beban ASD terhadap kualitas daya di sistem distribusi industri [2] dan oleh Abubaker Abd Alrahman Basheer Elmleeh yang membahas tentang perlakuan terhadap harmonisa di sistem industri [3].
Pada penelitian ini dilakukan pemodelan jaringan industri dengan menggunakan software Electric Transient Analyzer Program (ETAP) 16.0.0 dengan modul Harmonic Analysis. Pemodelan jaringan dilakukan menggunakan jaringan PT. INALUM dengan menginjeksikan rangkaian dengan beban ASD yang telah dimodelkan ke dalam jaringan. Hal ini dilakukan untuk meneliti kontribusi beban electric arc furnace (EAF) yang sudah terdapat pada jaringan PT. INALUM dan beban adjustable speed drive (ASD) pada jaringan distribusi untuk memastikan bahwa harmonisa masih dalam ambang batas yang diterima.
1.2 Perumusan Masalah
Dari latar belakang tersebut dapat dirumuskan beberapa masalah yang akan dibahas dalam skripi ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana kontribusi beban adjustable speed drive (ASD) terhadap harmonisa di jaringan distribusi.
2. Bagaimana kontribusi beban electric arc furnace (EAF) terhadap harmonisa di jaringan distribusi.
1.3 Tujuan
Adapun tujuan penelitian yang diharapkan dalam penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut:
1. Menyelidiki seberapa besar kontribusi harmonisa yang dapat dihasilkan oleh adjustable speed drive (ASD) dan electric arc furnace (EAF) yang terpasang pada jaringan PT. INALUM.
2. Mengevaluasi hasil harmonisa yang diperoleh, sesuai dengan standar IEEE Std 519-2014.
1.4 Batasan Masalah
Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada skripsi ini, maka dibuat batasan masalah yang akan diteliti. Hal ini bertujuan agar materi dan cakupan studi dari skripsi ini dapat mencapai hasil yang memuaskan. Adapun yang menjadi batasan masalah pada skripsi ini adalah :
1. Untuk simulasi dan analisis harmonisa menggunakan software Electric Transient Analysis Program (ETAP) versi 16.0.0 dengan modul Harmonic Analysis.
2. Standardisasi perhitungan mengacu pada standard IEEE Std 519-2014.
3. Pengamatan harmonisa hanya dilakukan pada beban adjustable speed drive (ASD) dan electric arc furnace (EAF).
1.5 Manfaat
Manfaat yang diharapkan dari skripsi ini adalah:
1. Dapat dijadikan sebagai referensi bagi pembaca mengenai seberapa besar harmonisa yang dapat dihasilkan beban industri seperti, adjustable speed drive (ASD) dan electric arc furnace (EAF).
2. Dapat mengetahui apakah harmonisa yang dihasilkan adjustable speed drive (ASD) dan electric arc furnace (EAF) yang terpasang di jaringan PT. INALUM sudah sesuai standar IEEE Std 519-2014.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Harmonisa
Pada sistem tenaga listrik ada dua jenis beban yaitu beban linear dan beban nonlinear. Beban linear adalah beban yang memberikan bentuk gelombang keluaran yang linear, artinya arus mengalir sebanding dengan impedansi dan perubahan tegangan, sehingga gelombangnya bersih dan tidak terdistorsi.
Sedangkan beban nonlinear adalah beban yang menghasilkan gelombang keluaran yang terdistorsi karena arus yang mengalir tidak berbanding lurus dengan kenaikan tegangan.
Dalam sistem tenaga listrik yang ideal, bentuk gelombang tegangan yang disalurkan ke peralatan dan bentuk gelombang arus yang dihasilkan adalah gelombang sinusoidal murni terlihat bentuk ideal dari gelombang tegangan dan arus pada Gambar 2.1
Gambar 2.1 Gelombang Sinus Arus dan Tegangan.
Saat ini sebagian besar beban yang diterapkan pada perindustrian modern adalah beban nonlinear. Pemakaian beban nonlinear akan menghasilkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang tidak sinusoidal. Pada akhirnya ini mengakibatkan terbentuknya gelombang terdistorsi yang akan menghasilkan harmonisa.
Harmonisa merupakan gangguan yang ada pada sistem tenaga listrik yang disebabkan oleh adanya distorsi gelombang arus dan tegangan yang menyebabkan adanya pembentukan gelombang-gelombang yang tidak sinusoidal atau dengan kata lain frekuensinya merupakan kelipatan bilangan bulat dari frekuensi fundamentalnya. Pada sistem tenaga listrik, frekuensi kerja normal adalah 50Hz atau 60 Hz, tetapi dalam aplikasi pemakaiannya berdasarkan beban yang digunakan, frekuensi arus dan tegangan dapat menjadi tidak normal atau menjadi kelipatan dari frekuensi normal 50/60Hz, hal inilah yang disebut dengan harmonisasi.[4]
Gelombang non-sinusoidal dapat terbentuk dengan menjumlahkan gelombang-gelombang sinusoidal seperti yang terlihat pada Gambar 2.2. Jika frekuensi (f) adalah frekuensi fundamental dari suatu sistem, maka frekuensi orde n (1,2,3,..,n) adalah nf atau faktor kelipatan dari frekuensi fundamental. Sebagai contoh bila frekuensi fundamental f=50Hz, maka harmonisa ke-2 frekuensinya adalah 2f=100Hz, harmonisa ke-3 frekuensinya 3f=150Hz, dan seterusnya sampai nf. Gelombang inilah yang kemudian menumpang pada gelombang normal sehingga terbentuklah gelombang tidak sinusoidal yang merupakan hasil dari penjumlahan antara gelombang normal sesaat dengan gelombang harmonisanya.
Pada Gambar 2.2 di bawah ini dapat dilihat bentuk gelombang terdistorsi, gelombang fundamental dan komponen harmonisanya (harmonisa ketiga). Semakin banyak harmonisa diikut sertakan, kurva makin mendekati bentuk persegi atau bentuk gelombang makin menyimpang dari bentuk sinusoidal.
Gambar 2.2Gelombang terdistorsi, fundamental, harmonisa ketiga.
2.2 Sumber – Sumber Harmonisa
Umumnya sumber yang menyebabkan terdistorsinya bentuk gelombang arus dan tegangan dibagi menjadi tiga kategori yaitu, beban, sistem tenaga itu sendiri (HVDC, SVC, FACTS, dan lain lain) dan pembangkit (generator sinkron).
Dari ketiga kategori sumber distorsi di atas, kelompok beban merupakan kelompok yang paling dominan sebagai sumber harmonisa, khususnya beban non-linear.
Fasilitas industri modern ditandai dengan banyaknya penerapan dari beban nonlinear. Beban-beban ini dapat menginjeksikan arus harmonisa ke sistem tenaga, menyebabkan distorsi harmonik pada tegangan. Permasalahan harmonisa ini terbentuk karena faktor daya beban-beban nonlinear ini relatif rendah.
Pengaplikasian kapasitor untuk memperbaiki faktor daya dapat berpotensi memperbesar harmonia arus dari beban nonlinear, sehingga menimbulkan keadaan resonansi pada jaringan. Distorsi tegangan tertinggi umumnya muncul pada bus tegangan rendah di industri dimana kapasitor dipasang [1].
Beban nonlinear pada industri dapat dikelompokkan menjadi tiga kategori yaitu, konverter daya tiga fasa, arcing devices dan saturable devices [1].
2.2.1 Konverter daya tiga fasa
Penggunaan konverter daya pada kegiatan perindustrian modern bertujuan untuk peningkatan efisiensi energi. Konverter daya dapat dikelompokkan menjadi empat kategori yaitu, konverter daya besar, konveter daya medium, konverter daya rendah, dan adjustable speed drive (ASD) [5].
Penerapan ASD yang paling umum pada industri adalah untuk mengatur kecepatan motor induksi atau motor sinkron. ASD beroperasi dengan cara mengkonversi tegangan AC ke tegangan DC dan mengembalikannya lagi ke tegangan AC. Pengkonversian dilakukan dengan menggunakan silicon-controlled redctifier (SCR) atau dengan insulated gate bipolar transistor (IGBT).
6-pulse ASD memiliki enam diode sebagai jembatan terdepan yang mengkonversi AC ke DC. ASD juga dapat memiliki 12 dioda, dua set per fasa (2×2×3 = 12 pulse) atau 18 dioda, tiga set per fasa (3×2×3 = 18 pulse), dan begitu seterusnya. Gambar 2.3 menampilkan diagram skematik 6-pulse ASD, dan Gambar 2.4 menampilkan diagram skematik 12-pulse ASD, serta Gambar 2.5 menampilkan diagram skematik 18-pulse ASD[6].
Gambar 2.4 Diagram skematik 12-pulse ASD [6]
Gambar 2.5 Diagram skematik 18-pulse ASD [6]
Secara teoritis arus masukan harmonik pada rangkaian rektifier ASD adalah fungsi dari nomor pulse dan dapat di jelaskan sebagai berikut:
ℎ = 𝑛𝑝 ± 1 dimana, n = 1,2,3 ...
p = nomor pulse
Untuk rektifier 6-pulse frekuensi harmonisa yang dihasilkan paling signifikan adalah yang ke-5 dan 7. Secara teoritis, 12-pulse ASD akan mengeliminasi harmonisa ke-5 dan 7. Pada umumnya seiring nomor pulse bertambah, maka semakin banyak juga harmonisa yang tereleminasi [7]. Juga,
semakin tinggi orde harmonisanya, semakin kecil besaran harmonisanya, walaupun harmonisa tertentu yang dihasilkan dapat ditekan dengan koneksi sirkuit dan impedansi. Pada Gambar 2.5 dapat dilihat spektrum harmonisa dari 6-pulse dan 12- pulse drive.
Gambar 2.6 Harmonisa pada 6-pulse dan 12-pulse ASD [8]
2.2.2 Arcing devices
Peralatan yang termasuk dalam kategori arcing devices yaitu mesin las, electric arc furnaces (tanur busur listrik), dan lampu lucutan gas (discharge lamps).
Alat-alat ini dianggap sebagai polusi pada sistem tenaga. Karakteristik tegangan- arus dari busur listrik (electric arc) sangatlah nonlinear yang dimana dapat menghasilkan harmonisa arus. Arus yang terdistorsi saat mengalir pada jala-jala dapat menghasilkan harmonisa tegangan, dimana dapat berdampak pada pengguna lain [9].
Sumber harmonisa terbesar pada kategori ini adalah electric arc furnace.
Electric arc furnace digunakan dalam pelelehan dan pencetakan baja. Kini, electric arc furnace di desain untuk rating masukan daya yang sangat besar dan karena sifat alami dari busur listrik dan proses pelelehan, perangkat ini dapat menyebabkan
Harmonisa 6-pulse ASD secara teoritis Harmonisa 6-pulse ASD terhitung Harmonisa 12-pulse ASD secara teoritis Harmonisa 12-pulse ASD terhitung
permasalahan kualitas daya listrik yang besar pada jaringan, utamanya harmonisa, interharmonisa, flicker, dan ketidakseimbangan tegangan. Pada Gambar 2.7 dibawah ditunjukkan diagram satu garis electric arc furnace yang terhubung ke sistem.
Gambar 2.7 Electric arc furnace yang tersambung ke sistem [9]
2.2.3 Saturable devices
Peralatan yang termasuk dalam kategori ini adalah transformator dan perangkat elektromagnetik lainnya dengan inti besi, termasuk motor listrik.
Transformator yang beroperasi dalam daerah saturasi menunjukkan arus magnetisasi nonlinear, dimana mengandung bermacam-macam harmonisa ganjil, dengan harmonisa ke-3 yang dominan. Efeknya akan semakin jelas saat beban semakin meningkat. Gambar 2.8 menunjukkan arus yang terdistorsi saat transformator dalam kondisi saturasi [5].
Gambar 2.8 Arus transformator yang terdistorsi saat kondisi saturasi [5]
Motor listrik menghasilkan harmonisa dikarenakan slot rotor atau pola belitan motor listrik 3 fasa yang mengalami sedikit penyimpangan atau mesin sedikit asimetris. Harmonisa arus tambahan dapat muncul saat saturasi inti magnetik. Namun, harmonisa arus tersebut biasanya lebih kecil daripada harmonisa yang dihasilkan saat mesin di suplai ASD [5].
2.3 Urutan Phasa Harmonisa
Jika orde harmonisa ganjil dihitung secara matematis, kita akan melihat pola menarik yang terbentuk terkait rotasi atau urutan dari frekuensi harmonisa, hal ini dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Urutan Phasa Harmonisa [10]
Harmonisa seperti orde ke-7, dimana berotasi dengan urutan yang sama dengan fundamentalnya disebut urutan positif. Harmonisa seperti orde ke-5, dimana berotasi berlawanan dengan urutan fundamentalnya disebut urutan negatif.
Harmonisa triplen (orde ke-3 dan 9 ditunjukkan pada tabel) dimana tidak berotasi sama sekali disebut urutan nol [10]. Pada Tabel 2.2 dapat dilihat urutan rotasi
Tabel 2.2 Urutan Rotasi Menurut Orde Harmonisa [10]
2.4 Pengaruh Harmonisa Pada Sistem Distribusi
Beberapa potensi masalah yang dapat timbul karena diakibatkan harmonisa adalah sebagai berikut: [3]
a. Pada transformator berupa pemanasan berlebih, susut listrik bertambah, daya mampu menurun, dan umur ekonomis menurun.
b. Pada motor listrik berupa pemanasan berlebih, adanya tambahan stress termal, terjadi pulsasi pada putaran (terkait urutan phasa harmonisa), dan umur ekonomis menurun.
c. Pada Capacitor Bank berupa terjadinya resonansi (seri dan paralel) harmonisa dengan Capacitor Bank sehingga dapat menyebabkan beban lebih dan gagal bekerja, distorsi tegangan menambah rugi dielektrik, menambah stress termal pada isolasi dan mengurangi umur ekonomis.
d. Pada penghantar jaringan berupa susut listrik bertambah, kenaikan jatuh tegangan, stress dielektrik meningkat, dan mengurangi umur ekonomis.
e. Pada alat ukur terjadinya kesalahan pengukuran pada kWH meter elektromekanis
f. Pada rele proteksi berupa ketidakakuratan kerja operasi rele sesuai setting, dikarenakan terjadinya kesalahan pengukuran pada alat ukur.
g. Pada sistem tenaga berupa arus netral naik (harmonisa orde kelipatan ke-3), tegangan sentuh peralatan bertambah sehingga membahayakan operator.
2.5 Batasan Nilai Harmonisa Menurut Standar IEEE
Keberadan harmonisa pada kualitas daya sudah ditentukan batas yang diizinkan sesuai standar nasional maupun internasional. Untuk standar di Indonesia sendiri mengacu kepada SPLN D5.004-1: 2012, dimana standar tersebut berpedoman dari standar internasional IEEE Standard 519-2014. Penyedia tenaga listrik berkewajiban untuk menjaga kualitas tegangan pada sistem tenaga listrik dalam batasan seperti tercantum pada Tabel 2.3 dan kondisi pelanggan dapat memenuhi batasan harmonisa arus seperti tercantum pada Tabel 2.4.
Batasan distorsi harmonisa tegangan untuk tingkat tegangan sistem yang berbeda ditunjukkan pada Tabel 2.3 dibawah ini.
Tabel 2.3 Batasan Harmonisa Tegangan [11]
Tegangan Pada Titik Sambung (Vn)
Distorsi Harmonisa Tegangan Individu
(%)
Distorsi Harmonisa Tegangan Total –
THDVn (%)
Vn ≤ 1.0 kV 5.0 8.0
1.0 kV < Vn ≤ 69 kV 3.0 5.0
69 kV < Vn ≤ 161 kV 1.5 2.5
161 kV < Vn 1.0 1.5
Pelanggan harus menjaga distorsi harmonisa arus pada titik sambung pelanggan dibawah batas yang ditentukan dalam Tabel 2.4.
Tabel 2.4 Batasan Harmonisa Arus [11]
Batasan Distorsi Harmonisa Arus Vn ≤ 69kV
Distorsi Harmonisa Arus Maksimum dalam Persen IL
IHS/IL Orde Harmonisa Individu “h” Harmonisa Ganjil Total Demand Distortion 3≤h<11 11≤h <17 17≤h≤23 23≤h<35 35≤h≤50
< 20* 4.0% 2.0% 1.5% 0.6% 0.3% 5.0%
20-50 7.0% 3.5% 2.5% 1.0% 0.5% 8.0%
50-100 10.0% 4.5% 4.0% 1.5% 0.7% 12.0%
100-1000 12.0% 5.5% 5.0% 2.0% 1.0% 15.0%
>1000 15.0% 7.0% 6.0% 2.5% 1.4% 20.0%
69 kV < Vn ≤ 161 kV
IHS/IL Orde Harmonisa Individu “h” Harmonisa Ganjil Total Demand Distortion
D 3≤h<11 11≤h <17 17≤h≤23 23≤h<35 35≤h≤50
< 20* 2.0% 1.0% 0.75% 0.3% 0.15% 2.5%
20-50 3.5% 1.75% 1.25% 0.5% 0.25% 4.0%
50-100 5.0% 2.25% 2.0% 0.75% 0.35% 6.0%
100-1000 6.0% 2.75% 2.5% 1.0% 0.5% 7.5%
>1000 7.5% 3.5% 3.0% 1.25% 0.7% 10.0%
Vn > 161 kV
IHS/IL Orde Harmonisa Individu “h” Harmonisa Ganjil Total Demand Distortion 3≤h<11 11≤h <17 17≤h≤23 23≤h<35 35≤h≤50
< 25* 1.0% 0.5% 0.38% 0.15% 0.1% 1.5%
20<50 2.0% 1.0% 0.75% 0.3% 0.15% 2.5%
≥50 3.0% 1.5% 1.15% 0.45% 0.22% 3.75%
Hal-hal yang perlu menjadi perhatian antara lain, harmonisa orde genap dibatasi 25% dari harmonisa ganjil diatasnya, distorsi arus searah (DC) tidak diperbolehkan, aplikasi semua peralatan pembangkit listrik dibatasi oleh nilai-nilai distorsi arus diatas terlepas dari rasio hubung singkat IHS/IL, IHS merupakan arus hubung singkat maksimum di titik sambung pelanggan, IL merupakan arus beban maksimum (dihitung berdasarkan daya kontrak), TDD adalah Total Demand Distortion yaitu distorsi harmonisa arus (%) dari arus beban maksimum (diukur selama 15 menit).
Nilai arus hubung singkat (IHS) dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:
𝐼
ℎ𝑠=
𝑘𝑉𝐴𝑇𝐹𝑍𝑝𝑢×√3×𝑘𝑉∅−∅ ...(2.1)
Dimana: 𝑘𝑉𝐴𝑇𝐹 adalah daya terpasang 𝑘𝑉𝐴
𝑍𝑝𝑢 per unit impedansi transformator pada daya terpasang 𝑘𝑉 adalah tegangan nominal.
2.6 Perhitungan Harmonisa
Ketika harmonisa keadaan tunak (steady-state) muncul, tegangan dan arus dapat di representasikan dengan bentuk deret fourier sebagai berikut[4]:
𝑣(𝑡) = ∑∞𝑘=1𝑉𝑘𝑠𝑖𝑛(𝑘𝜔0𝑡 + 𝛿𝑘) ...(2.2)
𝑖(𝑡) = ∑∞𝑘=1𝐼𝑘𝑠𝑖𝑛(𝑘𝜔0𝑡 + 𝜃𝑘) ...(2.3) Dimana nilai rms-nya dapat ditunjukkan seperti persamaan berikut, 𝑉𝑟𝑚𝑠 = √∑ 𝑉𝑘2
2
∞𝑘=1 = √∑∞𝑘=1𝑉𝑘𝑟𝑚𝑠2 ...(2.4)
𝐼𝑟𝑚𝑠 = √∑ 𝐼𝑘2
2
∞𝑘=1 = √∑∞𝑘=1𝐼𝑘𝑟𝑚𝑠2 ...(2.5)
Besaran harmonik yang sering digunakan adalah total harmonic distortion (THD), yang merupakan rasio dari nilai rms harmonik (diatas fundamental) dengan nilai rms fundamental, dikali 100%. THD tegangan sebagai berikut:
𝑇𝐻𝐷𝑣 =√∑ (𝑉𝑘𝑟𝑚𝑠
)2
∞𝑘=2
𝑉1𝑟𝑚𝑠 ∙ 100% ...(2.6)
𝑇𝐻𝐷𝑣 =√∑ (𝑉𝑘
)2
∞𝑘=2
𝑉1 ∙ 100% ...(2.7)
THD arus sebagai berikut:
𝑇𝐻𝐷𝑖=√∑ (𝐼𝑘𝑟𝑚𝑠)
∞ 2 𝑘=2
𝐼𝑟𝑚𝑠 ...(2.8)
𝑇𝐻𝐷𝑖=√∑ (𝐼𝑘
)2
∞𝑘=2
𝐼1 ...(2.9)
Persamaan (2.7) dan (2.9) adalah persamaan yang digunakan untuk menyatakan nilai THD arus dan tegangan. Peranan dari setiap komponen terhadap distorsi tegangan dan arus biasa dinyatakan oleh IHD (Individual Harmonic Distortion).
Untuk harmonisa tegangan dan arus pada orde ke – h, nilai IHD dinyatakan sebagai berikut :
𝐼𝐻𝐷𝑣 =𝑉ℎ
𝑉1 × 100% ...(2.10)
𝐼𝐻𝐷𝑖= 𝐼ℎ
𝐼1× 100% ...(2.11)
Nilai THD dapat dilihat untuk menentukan besarnya arus terdistorsi, namun hal tersebut dapat salah diinterprestasikan. Kecilnya arus yang mengalir dapat mempunyai nilai THD yang tinggi, akan tetapi tidak dijadikan penyebab sistem tenaga listrik rusak. Banyak penganalisa mencoba menghindari kesulitan yang ada dengan merujuk THD pada arus beban puncak frekuensi fundamental dan tidak melihat sampel sesaat pada frekuensi fundamental. Hal ini disebut Total Demand Distortion (TDD) dan masuk dalam standar IEEE 519-1992, tentang “ Recomended Practices and Requirement for Harmonic Control in Electrical Power System ”.
Maka TDD dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut [1] :
𝑇𝐷𝐷 =
√∑∞ℎ=2𝐼ℎ2
𝐼𝐿 × 100% ...(2.12)
Dimana: Ih yaitu arus harmonisa orde ke – h
IL yaitu arus beban puncak pada frekuensi dasar yang diukur pada PCC (the maximum demand load current) .
Terdapat dua cara untuk mengukur IL, pertama yaitu pada beban yang telah terpasang pada sistem lalu dihitung nilai rata-rata dari arus beban maksimum dari 12 bulan sebelumnya. Sedangkan untuk sistem yang baru, IL harus diperkirakan berdasarkan profil beban yang akan dipasang. Nilai IL dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
𝐼𝐿 = 𝑘𝑊
𝑃𝐹√3𝑘𝑉𝐴 ...(2.13)
Dimana: kW yaitu permintaan rata-rata kilowatt PF yaitu rata-rata faktor daya
kV yaitu tegangan line-to line di PCC
Hubung singkat tiga phasa pada PCC dapat ditentukan dengan persamaan (2.1).
2.7 Electric Transient Analysis Program
ETAP adalah sebuah program yang dapat membantu insinyur elektro dalam perancangan, simulasi, pengoperasian dan pengoptimalan sistem tenaga listrik.
ETAP menawarkan berbagai macam alat perancangan sistem tenaga. Perancangan dapat dipelajari dengan menjalankan analisis aliran daya, analisis hubung singkat, analisis akselerasi motor, analisis harmonik, analisis stabilitas transien, dan lain- lain. Program ini dimaksudkan untuk mengkombinasikan aspek elektris, mekanis, logis, dan atribut fisik yang mendeskripsikan elemen-elemen sistem.
Dengan menggunakan ETAP, fenomena harmonisa pada sistem tenaga listrik dapat dimodelkan dan dianalisis. Modul analisis harmonik pada ETAP menyediakan alat terbaik untuk pemodelan secara akurat berbagai macam komponen dan peralatan sistem tenaga untuk memasukkan karakteristik- karakteristik dibawah pengaruh sumber harmonisa. Modul ini memilik dua metode analisis, Harmonic Load Flow dan Harmonic Frequency Scan, dimana keduanya merupakan pendekatan terbaik untuk analisis harmonik sistem tenaga. Dengan mengkombinasikan kedua metode, indeks-indeks harmonisa dikomputasikan dan dibandingkan dengan batasan standar industri dan potensi masalah kualitas daya yang berkaitan dengan harmonisa dapat terungkap [3]. Pada Gambar 2.9 ditunjukkan toolbar harmonic analysis pada ETAP. Pada Gambar 2.10 dan Gambar 2.11 dapat dilihat masukan data yang diperlukan untuk beban ASD dan EAF, serta pada Gambar 2.12 ditunjukkan harmonic library pada ETAP.
Gambar 2.9 Toolbar analisis harmonik pada ETAP
Gambar 2.10 Data Adustable Speed Drive yang diperlukan
Gambar 2.11 Data Electric Arc Furnace yang diperlukan
Gambar 2.12 Harmonic Library
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
Penelitian Skripsi dilakukan dengan mengambil data di Pabrik Peleburan Aluminium PT. INALUM (Persero) Kuala Tanjung, Sumatera Utara. Penelitian ini dilaksanakan selama 5 (lima) bulan.
3.2 Data dan Peralatan yang Diperlukan
Data-data yang diperlukan dalam penelitian ini:
1. Diagram satu garis sistem kelistrikan PT. INALUM (persero).
2. Data pembangkitan energi listrik.
3. Data spesifikasi transformator.
4. Data spesifikasi beban EAF.
5. Data spesifikasi beban ASD.
6. Data spesifikasi beban Motor.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Laptop Lenovo G400S.
2. Software ETAP 16.0.0
3.3 Pelaksanaan Penelitian
Dalam melaksanakan penelitian, dilakukan pengumpulan data yang dibutuhkan terlebih dahulu. Data yang diperoleh selanjutnya diolah dan dilakukan simulasi dengan bantuan Software ETAP 16.0.0 dengan simulasi Load Flow dan Harmonic Analysis. Hasil dari simulasi tersebut kemudian dilakukan analisis terhadapnya.
3.4 Variabel yang Diamati dan Disimulasikan
Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi:
1. Arus hubung singkat (IHS).
2. Arus beban (IL).
3. Individual harmonic distortion (IHD).
4. Total harmonic distortion (THD).
3.5 Prosedur Penelitian
Tahapan-tahapan dalam penelitian ini dapat digambarkan dengan diagram alir seperti pada Gambar 3.1 berikut.
Untuk selanjutnya, dalam melaksanakan penelitian dilakukan prosedur sebagai berikut:
1. Pengumpulan data
Melakukan pengumpulan data yang dibutuhkan dalam penelitian, yang meliputi:
a. Data pembangkitan energi listrik.
b. Data transformator.
c. Data EAF.
d. Data ASD.
2. Membuat one-line diagram
Setelah data diperoleh, selanjutnya dibuat diagram satu garis dengan memilih editor “one-line diagrams” pada software ETAP 16.0.0. Rangkaian yang memuat beban ASD yang telah dimodelkan kemudian diinjeksikan ke dalam sistem kelistrikan PT. INALUM, seperti yang terlihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Gambar Sistem Kelistrikan Jaringan INALUM Rangkaian
yang memuat beban ASD.
Rangkaian dengan beban ASD yang diinjeksikan ke dalam jaringan PT.
INALUM dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Rangkaian yang Memuat Beban ASD
3. Memasukkan Data
Data-data yang telah dikumpulkan kemudian diolah dan dimasukkan kedalam simulasi harmonisa. Data-data yang dibutuhkan telah diuraikan pada poin
“pengumpulan data” di atas.
a. Grid 275kV
Energi yang dibangkitkan dari PLTA Sigura-gura dan Tangga direferensikan sebagai Power Grid dengan spesifikasi ditunjukkan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Data Spesifikasi Power Grid Power Grid
Rated (kV)
Daya
(MW) ID Mvar Rating SC
Rating X/R 275 411.283 Sigura-gura &
Tangga 51.76 100% 1723 100
b. Transformator
Transformator adalah komponen listrik yang dapat mengubah energi listrik bolak-balik dari suatu level tegangan ke level tegangan tertentu berdasarkan prinsip
elektromagnet. Adapun data spesifikasi transformator di Gardu Induk Kuala Tanjung ditunjukkan pada Tabel 3.2 berikut.
Tabel 3.2 Data Spesifiksi Transformator TRANSFORMATOR
No ID Voltage Rating (kV)
Daya (MVA) Pendingin %Z Vector Prim. Sec. Ter.
1 MTR SGP 1 10,5 281,25 - 79,4 OFWF 13,86 Ynd 2 MTR SGP 2 10,5 281,25 - 79,4 OFWF 13,86 Ynd 3 MTR SGP 3 10,5 281,25 - 79,4 OFWF 13,89 Ynd 4 MTR SGP 4 10,5 281,25 - 79,4 OFWF 13,84 Ynd
5 LTR SG 1 10,5 6,9 - 1,5 ONAN 8,58 Dnd
6 LTR SG 2 10,5 6,9 - 1,5 ONAN 8,58 Dnd
7 MTR TNP 1 10,5 281,25 - 88 OFAF 13,56 Ynd
8 MTR TNP 2 10,5 281,25 - 88 OFAF 13,56 Ynd
9 MTR TNP 3 10,5 281,25 - 88 OFAF 13,56 Ynd
10 MTR TNP 4 10,5 281,25 - 88 OFAF 13,56 Ynd
11 LTR TN 1 10,5 6,9 - 4,5 ONAN 8,02 Dnd
12 LTR TN 2 10,5 6,9 - 4,5 ONAN 8,02 Dnd
13 MTR 1 262,5 33 - 230 OFAF 14,96 Yd5
14 MTR 2 262,5 33 - 230 OFAF 15,01 Yd6
15 MTR 3 262,5 33 - 182 OFAF 15,07 Yd7
16 MTR 4 262,5 33 - 230 OFAF 15,01 Yd8
17 MTR 5 262,5 33 - 182 OFAF 15,01 Yd9
18 LVR 1 33 33 - 182 OFAF 3,3 Dd0
19 LVR 2 33 33 - 182 OFAF 3,31 Dd0
20 LVR 3 33 33 - 182 OFAF 3,33 Dd0
21 LVR 4 33 33 - 182 OFAF 3,32 Dd0
22 RGTR 1 33 33 - 45 OFAF 3,32 Dd0
23 RGTR 3 33 33 - 45 OFAF 3,31 Dd0
24 PPTR 1 33 11 - 48 ONAF 9,05 Dy0
25 PPTR 2 33 11 - 48 ONAF 8,93 Dy0
26 AUX TR 1 33 0,4 - 0,75 ONAN 9,79 Dy0
27 AUX TR 2 33 0,4 - 0,75 ONAN 9,79 Dy0
28 AUX TR 3 33 0,4 - 0,75 ONAN 9,79 Dy0
29 AUX TR 4 33 0,4 - 0,75 ONAN 9,79 Dy0
30 AUX TR 5 33 0,4 - 0,75 ONAN 9,79 Dy0
31 SU 123 33 0,686 0,686 60 ONAF 8,85 Ydd1
32 SR 11 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,46 Ddd0
33 SR 12 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,46 Ddd0
34 SR 13 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,28 Ddd0
35 SR 14 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,46 Ydd1
36 SR 15 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,46 Ydd0
37 SR 16 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,46 Ydd1
38 SR 17 33 0,686 0,686 45 ONAF 8,28 Ydd0
39 SR 21 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,46 Ddd0
40 SR 22 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,46 Ddd0
41 SR 23 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,46 Ddd0
42 SR 24 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,46 Ddd0
43 SR 25 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,46 Ydd1
44 SR 26 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,46 Ydd0
45 SR 27 33 0,686 0,686 60 ONAF 8,68 Ydd1
46 SR 31 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,28 Ddd0
Lanjutan Tabel 3.2
No ID Voltage Rating (kV) Daya (MVA) Pendingin %Z Vector Prim. Sec. Ter.
47 SR 32 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,28 Ddd0
48 SR 33 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,28 Ddd0
49 SR 34 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,28 Ydd1
50 SR 35 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,28 Ydd0
51 SR 36 33 0,686 0,686 35,9 ONAF 8,28 Ydd1
52 SR 37 33 0,686 0,686 45 ONAF 8,28 Ydd0
c. Data Beban ASD & EAF
Data spesifikasi beban ASD berasal dari spesfikasi pabrikan masing-masing ASD. ACS 6P menggunakan spesifikasi ACS600 6-pulse ASD dari pabrikan ABB, ACS 12P menggunakan spesifikasi ACS600 12-pulse dari pabrikan ABB, dan R 18 menggunakan spesifikasi Powerflex 7000 dari pabrikan Rockwell. Beban-beban ASD ini dimodelkan kemudian di injeksikan ke jaringan PT. INALUM yang sudah terdapat beban EAF. Data spesifikasi beban ASD dapat dilihat pada Tabel 3.3
Data spesifikasi beban EAF berasal dari Pabrik Peleburan Aluminium PT.
INALUM (persero) Kuala tanjung seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.4. Beban EAF ini dimodelkan sebagai beban static load pada software ETAP.
Tabel 3.3 Data Spesifikasi Beban ASD
Id ASD KV
Daya Semu (KVA)
Daya Aktif (KW)
FLA % PF
ACS 6P 1 0,4 100 75 144,3 75
ACS 6P 2 0,4 100 75 144,3 75
ACS 6P 3 0,4 100 75 144,3 75
ACS 12P 1 0,4 120 75 173,2 62,5
ACS 12P 2 0,4 120 75 173,2 62,5
ACS 12P 3 0,4 120 75 173,2 62,5
R 18 1 3,3 300 225 52,49 75
Tabel 3.4 Data Spesifikasi Beban EAF Beban Electric Arc Furnace Lokasi Beban Id CB KV
Daya Semu (MVA)
Daya Aktif (MW)
Daya Reaktif (MVAR)
% PF
PORT LINE
1
SR 11 252R-11 0,686 2 × 12,034 2 × 10,59 2 × 5,716 88 SR 12 252R-12 0,686 2 × 12,034 2 × 10,59 2 × 5,716 88 SR 13 252R-13 0,686 2 × 12,034 2 × 10,59 2 × 5,716 88 SR 14 252R-14 0,686 2 × 12,034 2 × 10,59 2 × 5,716 88 SR 15 252R-15 0,686 2 × 12,034 2 × 10,59 2 × 5,716 88 SR 16 252R-16 0,686 2 × 12,034 2 × 10,59 2 × 5,716 88 SR 17 252R-17 0,686 2 × 12,034 2 × 10,59 2 × 5,716 88
Sub Total 168,476 148,26 80,024
PORT LINE
2
SR 21 252R-21 0,686 2 × 10,379 2 × 9,45 2 × 5,101 88 SR 22 252R-22 0,686 2 × 10,379 2 × 9,45 2 × 5,101 88 SR 23 252R-23 0,686 2 × 10,379 2 × 9,45 2 × 5,101 88 SR 24 252R-24 0,686 2 × 10,379 2 × 9,45 2 × 5,101 88 SR 25 252R-25 0,686 2 × 10,379 2 × 9,45 2 × 5,101 88 SR 26 252R-26 0,686 2 × 10,379 2 × 9,45 2 × 5,101 88 SR 27 252VR-2 0,686 2 × 10,379 2 × 9,45 2 × 5,101 88
Sub Total 145,306 132,3 71,414
PORT LINE
3
SR 31 252R-31 0,686 2 × 11,364 2 × 10 2 × 5,397 88 SR 32 252R-32 0,686 2 × 11,364 2 × 10 2 × 5,397 88 SR 33 252R-33 0,686 2 × 11,364 2 × 10 2 × 5,397 88 SR 34 252R-34 0,686 2 × 11,364 2 × 10 2 × 5,397 88 SR 35 252R-35 0,686 2 × 11,364 2 × 10 2 × 5,397 88 SR 36 252R-36 0,686 2 × 11,364 2 × 10 2 × 5,397 88 SR 37 252R-37 0,686 2 × 11,364 2 × 10 2 × 5,397 88
Sub Total 159,096 140 75,558
d. Data Beban Motor
Data spesifikasi seluruh motor yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan manufacturer (MFR) typical nameplate data dari software ETAP.
Tabel 3.5 Data Spesfikasi Motor Id
Motor KV Poles
Daya Semu (kVA)
Daya Aktif (KW)
FLA %PF %Eff %Slip RPM Mtr1 0.4 4 88.8 75 128.2 91.42 92.39 0.93 1500 Mtr2 0.4 4 88.8 75 128.2 91.42 92.39 0.93 1500 Mtr3 0.4 4 88.8 75 128.2 91.42 92.39 0.93 1500 Mtr4 0.4 4 88.8 75 128.2 91.42 92.39 0.93 1500 Mtr5 0.4 4 88.8 75 128.2 91.42 92.39 0.93 1500 Mtr6 0.4 4 88.8 75 128.2 91.42 92.39 0.93 1500 Mtr7 3 4 262.3 224 50.48 91.87 92.96 1.27 1500 4. Menjalankan Simulasi
Jaringan yang sudah dimodelkan tersebut kemudian disimulasikan pada modul Harmonic Analysis. Pada modul ini terdapat dua metode analisis, Harmonic Load Flow dan Harmonic Frequency Scan. Dengan mengkombinasikan kedua metode, indeks harmonisa dapat dikomputasikan dan dibandingkan dengan batasan nilai harmonisa.
5. Mengumpulkan data keluaran
Setelah dijalankannya simulasi harmonisa akan diperoleh indeks harmonisa, IHD dan THD, dengan indikasi batasan harmonisa sesuai IEEE 519–2014.
6. Menarik kesimpulan
Setelah didapatkan hasil simulasi harmonisa, data yang tersedia kemudian dibandingkan dengan batasan nilai harmonisa apakah sudah sesuai dengan ketentuan IEEE.
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Simulasi Aliran Daya Pada Sistem Dengan Menggunakan ETAP Bagian ini menunjukkan hasil simulasi aliran daya pada sistem menggunakan ETAP dengan algoritma Newton-Raphson yang memuat MW, Mvar, arus beban dan faktor daya. Tabel 4.1 menunjukkan hasil simulasi aliran daya pada bus yang diamati.
Tabel 4.1 Hasil Simulasi Aliran Daya
Bus Paremeter
Dari Ke MW Mvar Amp %PF
Main Bus Bus 1 91.109 64.056 233.8 81.8 Bus 2 313.987 223.935 809.7 81.4 Bus 37 -405.097 -287.992 1043.5 81.5 Bus 1
Bus 2 -91.109 -64.056 233.8 81.8 Bus 3 48.434 31.151 120.9 84.1
Bus 5 1.091 0.902 3.0 77.1
Bus 7 132.692 96.059 343.9 81.0 Main Bus -91.109 -64.056 233.8 81.8 Bus 2
Bus 1 91.109 64.056 233.8 81.8 Bus 4 118.077 84.299 304.6 81.4 Bus 6 104.801 75.580 271.3 81.1 Main Bus -313.987 -223.935 809.7 81.4
Bus 3 Bus 8 48.434 31.151 120.9 84.1
Bus 1 -48.434 -31.151 120.9 84.1 Bus 4 Bus 9 118.077 84.299 304.6 81.4 Bus 2 -118.077 -84.299 304.6 81.4
Bus 5 Bus 10 1.091 0.902 3.0 77.1
Bus 1 -1.091 -0.902 3.0 77.1
Bus 6 Bus 11 104.801 75.580 271.3 81.1 Bus 2 -104.801 -75.580 271.3 81.1 Bus 7 Bus 12 132.692 96.059 343.9 81.0 Bus 1 -132.692 -96.059 343.9 81.0 Bus 8 Bus 3 -48.379 -28.660 961.7 86.0 Bus 31 25.030 15.145 500.4 85.6 Bus 9 Bus 16 117.400 71.555 2414.4 85.4 Bus 4 -117.800 -71.827 2422.9 85.4
Bus 10 Bus 5 -1.091 -0.901 23.6 77.1
Bus 302 0.656 0.666 15.6 70.2
